沉浸式光刻技术是在传统的光刻技术中，其镜头与光刻胶之间的介质是空气，而所谓浸入式技术是将空气介质换成液体。实际上，浸入式技术利用光通过液体介质后光源波长缩短来提高分辨率，其缩短的倍率即为液体介质的折射率。

概述

浸没式光刻技术也称为浸入式光刻技术。一般特指193nm浸入式光刻技术。

在浸入式光刻技术之前，继436nm、365nm、248nm之后，采用的是193nm干式光刻技术，但在65 纳米技术节点上遇到了困难，试验了很多技术（如157nm干式光刻技术等）但都无法很好的突破这一难题。等到2002年底浸入式技术迅速成为光刻技术中的新宠，而此前业界并没有认为浸入式技术有如此大的功效。此技术在原来的193nm干式光刻技术平台之上，因为此种技术的原理清晰及配合现有的光刻技术变动不大，获得了人们的极大赞赏。

原理

浸没式光刻技术需要在光刻机投影物镜最后一个透镜的下表面与硅片上的光刻胶之间充满高折射率的液体。图1 为传统光刻和浸没式光刻的对比示意图。投影物镜的数值孔径

NA=nsinθ

其中，n为投影物镜与硅片之间介质的折射率，θ为光线最大入射角。在最大入射角相同的情况下，浸没式光刻系统的数值孔径比传统光刻系统增大了n倍。而从傅里叶光学的角度, 数值孔径扮演着空间频率低通滤波器阈值的角色。注人高折射率的浸没液体可以使更高空间频率的光波人射到光刻胶上, 因此成像分辨率得以提高。

193nm浸没式光刻机

浸没式光刻机采用折射和反射相结合的光路设计（catadioptric）。这种设计可以减少投影系统光学元件的数目，控制像差和热效应，实现1.35NA。图2（a）是一种浸没式光刻机投影光路的示意图。如果投影光路中添加了奇数个反射元件，那么投影在晶圆表面的像与掩模版上的图像是反对称的；只是添加了偶数个反射元件后，投影在晶圆表面的像与掩模版上的图像才是一致的，如图2（b）所示。

图2 (a)一种浸没式光刻机投影光路的示意图和(b)投影光学系统中安置反射镜会导致掩模图形翻转

浸没式光刻机工作时并不是把晶圆完全浸没在水中，而只是在曝光区域与光刻机透镜之间充满水。光刻机的镜头（exposure head）必须特殊设计，以保证：

1、水随着光刻机在晶圆表面做步进-扫描运动，没有泄露；

2、水中没有气泡和颗粒。在193nm波长下，水的折射率是1.44，可以实现NA大于1。

图3 是浸没式光刻机曝光头的示意图。去离子水经过进一步去杂质、去气泡（degassing）、恒温之后流入曝光头，填充在晶圆和透镜之间，然后流出光刻机。除了表面张力，曝光头还设计有特殊的风流（air knife），保证水不易从侧面泄漏出去。

难点与挑战

虽然浸入式光刻已受到很大的关注，但仍面临巨大挑战。根据2005版《国际半导体技术蓝图》的光刻内容，浸入式光刻的挑战在于：

1) 控制由于浸入环境引起的缺陷，包括气泡和污染；

2) 抗蚀剂与流体或面漆的相容性，以及面漆的发展；

3) 抗蚀剂的折射指数大于1.8；

4) 折射指数大于1.65的流体满足粘度、吸收和流体循环要求；

5) 折射指数大于1.65的透镜材料满足透镜设计的吸收和双折射要求。